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1、 硕士学位论文题 目:低功耗小型无线传感器网络的研究与设计研究生 刘福涛 专 业 电路与系统 指导教师 董林玺（研究员） 陈科明（副教授） 完成日期 2012年11月 杭州电子科技大学硕士学位论文低功耗小型无线传感器网络的研究与设计研究生：刘福涛 指导教师：董林玺 研究员陈科明 副教授2012年11月 Dissertation Submitted to Hangzhou Dianzi Universityfor the Degree of MasterResearch and Design of low-power wirelesssensor network for small-scalec
2、ommunicationCandidate: Liu Futao Supervisor: Boffin Dong Linxi Associated Prof. Chen Keming November，2012 杭州电子科技大学学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。论文作者签名： 日期： 年 月 日学位论文
3、使用授权说明本人完全了解杭州电子科技大学关于保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属杭州电子科技大学。本人保证毕业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为杭州电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。（保密论文在解密后遵守此规定）论文作者签名：指导教师签名：日期：日期：年年月月日日 杭州电子科技大学硕士学位论文摘 要近几年来，无线传感器网络在智能交通、环境监测以及仓储管理等大型领域得到了广泛应用。但现有几种应用于无线传感器网络的无线通信标准（如：B
4、luetooth、Wi-Fi、ZigBee等近距离无线通信技术）因其“通用性强“ 的特点，在开发周期、功耗、成本等方面有着局限性。然而，小范围的通信场合对近距离、低功耗、低成本的专用无线网络有很大的需求，本文设计了一种面向小型化应用、低功耗的无线通信网络SWSN网络。文章介绍了无线传感器网络的国内外研究现状和成果，分析了几种现有短距离无线通信技术在实际应用中的不足。基于以上分析，文章提出了一种面向小型化应用的、低功耗的无线通信网络SWSN网络。然后，文章分别从网络协议栈框架、网络设备类型、网络拓扑结构以及协议帧格式四个方面对 SWSN网络协议内容进行了详细地阐述，同时给出了 SWSN协议的软件
5、实现方法，结果表明，实现 SWSN协议仅需要 12K Bytes左右的存储空间。网络层设计是 SWSN网络的核心部分，本文主要从网络层管理、网络层数据服务管理以及网络安全管理对网络层的设计进行了研究。同时本文从网络节点设计和无线通信控制两个方面对 SWSN网络的低功耗进行了研究，引入了一种基于接收信号强度的发送功率控制方法SSB-TPC，在通信过程中能根据无线信道的状况自适调整发送功率。实验结果表明，在引入SSB-TPC机制后网络节点的功耗下降了 35.7%。最后，本文对 SWSN网络无线通信的能量消耗进行了测试，并与其他无线通信网络的功耗进行了对比。测试结果表明，SWSN网络中的无线通信能量
6、消耗得到了有效地控制和降低。最后文章对 SWSN网络的通信性能进行了测试和验证。首先设计一个面向 SWSN网络的测试系统，然后基于此系统，对 SWSN网络的通信强度、通信范围以及数据丢包率分别进行了测试。实验结果表明：SWSN网络在一定范围内具有较强的通信能力且网络稳定，同时具有开发周期短、网络能耗低、组网简便灵活等特点。关键词：无线传感器网络，网络协议，无线通信，低功耗I 杭州电子科技大学硕士学位论文ABSTRACIn recent years, wireless sensor networks have been widely used in the field of Intelligen
7、tTransportation, Environmental Monitoring, Warehousing Management, and other large-scaleapplications. But several emerging wireless communication standard (for example:Bluetooth、Wi-Fi、ZigBee and other short-range wireless data communication technology) used in wirelesssensor network have been expose
8、d the limitations in the aspects of development cycle, powerconsumption, and cost, because of the characteristic of their strong versatility. However, theapplications of small-scale communication have increasingly requirement in short-range, low-powerand low-cost of the special wireless sensor netwo
9、rks. This paper designs a wireless communicationnetwork for small-scale and low-power applicationSWSN network.This thesis introduces the research status and findings of wireless sensor networks at home andabroad, and analysis of some deficiencies of several emerging wireless communication technology
10、in practical applications. Based on the above analysis, the thesis proposes a wireless communicationnetwork for small-scale and low-power applicationSWSN network. Then, the thesis makes adetailed exposition of the contents of SWSN network protocol from four aspects of the networkprotocol stack frame
11、work, the type of network equipment, the network topology structure and theprotocol frame format. Additionally,the paper gives the concrete software implementation methodof SWSN network protocol, From the implementation result, we can see that SWSN protocol onlyneed 12K Byte size memory space .The d
12、esign of network layer is the key part of SWSN network, and this paper designs thenetwork layer mainly from three parts: network layer management, network layer data servicemanagement and network security management. The paper also has a research for low-power ofSWSN network from two aspects: networ
13、k nodes design and wireless communication control, andproposes a power control method called SSB-TPC which is based on the received signal strength.With this method, the SWSN network can adjust adaptively its transmission power according to thestatus of the radio channel in communication.The experim
14、ental results show that the powerconsumption of network node are decreased by 35.7% after the introduction of SSB-TPCmechanism. Finally, the paper tests the power consumption of wireless communication in SWSNnetwork, and compares with the power consumption of other wireless communication networks.Th
15、etesting results show that the wireless network communication energy consumption of SWSNnetwork has been effectively controlled and reduced .In the end, the paper makes a testing and validation for the communication performance ofII 杭州电子科技大学硕士学位论文SWSN network. At the beginning we designs a testing system for SWSN network, and then thecommunication strength , the communication range and the packet loss rate of SWSN network aretested respectively based on this testing syste
